专利名称：微棱镜母型的制作方法
技术领域：
本发明涉及到微棱镜母型，该母型可用于制造立方隅角式返回反射体即入射光大都向光源反射的物体。具体地说，本发明涉及到这样的微棱镜母型，所述母型可用于制造在道路标识，建筑标识等标识类、汽车、摩托车等车辆的车牌类、衣料、救生设备等安全物品类、告示牌等标记物、可见光或激光反射式传感器类的反射板中有用的返回反射元件以及由上述返回反射元件构成的优良的广角性返回反射板。
背景技术：
以往周知有入射光向光源反射的返回反射板，利用上述返回反射性的返回反射板在上述利用领域中广泛的应用。其中，立方隅角式返回反射板等利用返回反射原理的返回反射板要比先有的利用微玻璃球的返回反射板有更优的光返回反射率，由于有这种返回反射性性能，故用途逐年扩大。
但是，立方隅角式返回反射部件从其反射原理来说在直角反射部件(以下简称“棱镜元件”)所具有的光学轴(离构成棱镜元件的相互成90°角的三个面等距离的轴)与入射光间的角度即入射角在小角度的范围内会表现出良好的返回反射性，但入射角增加，返回反射效率就会降低，而且，以超出满足由构成上述返回反射部件的透明媒体的折射率与空气的折射率之比所决定的内部全反射条件的临界角的角度入射到棱镜面的光线在棱镜元件的界面处不会全反射，大部分光线会在棱镜的背面透过，从而存在着用于返回反射的入射角度条件受限的缺陷。
作为改善上述缺陷的目的，对用来形成棱镜的模具的制造方法进行了多种改善的尝试。以下对以往提出的有代表性的棱镜模具制造方法进行说明。
(1)销钉集束法(参照美国专利第1591572号说明书，美国专利第3922065号说明书以及美国专利第2029375号说明书)这是在金属销的前端形成棱镜并将它们捆扎起来以形成棱镜集合体的方法。其特征在于形成在前端上的棱镜的结构可以任意变化，适于制造较大的棱镜，但是，在作为本发明的目的即例如要形成2000个/cm2以上的微棱镜时却不实用。
(2)电镀法(参照美国专利第1591572号说明书，美国专利第3069721号说明书以及美国专利第4073568号说明书)这是一种这样的六角棱镜式微棱镜模具形成方法，所说的模具是这样得到的，即将具有相互平行的两个平面的平板重叠起来，沿相对所述平面成直角的方向等间隔地切削出V形槽，从而形成顶角约为90°的连续屋顶形突起群，然后，使形成在各平板上的屋顶形突起群的屋顶顶部移动成与形成在相邻平板上的V形槽的底部相一致，其特征在于，尽管不如销钉集束法，但结构的自由度仍然较大。这种方法能够改善是上述销钉集束法缺点的棱镜模具制造的低生产率，但是，在形成微棱镜情况下，因V形槽切削时平板强度不足而有平板容易扭曲的缺点，但仍能用于制造较大的棱镜。
(3)三角棱镜法(参照美国专利第3712706号说明书及美国专利第2380447号说明书)这是在金属等平板的表面上从三个方向切削出V形槽从而形成棱镜集合体的方法，在使用先有棱镜元件的返回反射板的制造中多采用这种方法。原因是通过切削加工来形成微棱镜较为简单，而且，由于能够形成所形成的三角棱镜的底面配置在共用面内的集合体，所以，所得到的返回反射板较薄。但是，这种方法存在着这样的问题即能采用的棱镜形状限于可进行V形槽加工的三角棱镜，从而能够的自由度小。
以下说明希望返回反射板有的性能以及使用了棱镜元件的立方隅角式返回反射板的问题。
一般地说，希望返回反射板所具有的基本性能是高亮度性，即来自该反射板的入射光的反射亮度所表示的反射亮度要大，以及广角性，对广角性要求有以下三个性能。
涉及到广角性的所希望有的第一个性能是观察角特性。在返回反射板例如用于交通标志等各种标志类的场合中，通常光源与观察者的位置是不同的，所以，必须要使较强的光到达处在离开入射光轴的位置处的观察者。为此，即使观察角大，反射亮度的下降也必须要小。
涉及到广角性的所希望有的第二个性能是入射角特性。例如，在汽车接近交通标志时，自该汽车发出的前灯灯光相对所述标志的入射角会逐渐增大。由此，到达作为观察者的驾驶者的光的亮度会逐渐减小。即使驾驶者接近标志，也要使该标志保持充足的亮度，所以，需要有优良的入射角特性。
涉及到广角性的所希望有的第三个性能是旋转角特性。作为棱镜元件特有的现象，存在着这样的性质即返回反射亮度会随着光从返回反射板的哪个方向入射而变化。为此，存在着这样的烦杂问题即在将返回反射板贴于标志时，必须按一定的方向调整和贴合该反射板。在微玻璃球式返回反射板中，因反射部件呈旋转体的形状，故没有这种问题。
通常，使用棱镜元件的立方隅角式返回反射板的正面反射亮度据称为比微玻璃球式返回反射板的正面反射亮度高2-3倍的特征。原因据说是后者因一般用于微玻璃球式返回反射材料的玻璃球作为透镜部件的光学不完全性及球面误差或设置在反射面上的金属反射面的反射率低等原因而容易导致返回反射效率降低，而在用于前者的立方隅角式返回反射板的棱镜元件的情况中，据说可以形成精度较高的光学部件。相反，立方隅角式返回反射板在广角性方面据说一般都较差。
为了改善如前所述有比玻璃球高的反射亮度但在广角性方面不足的棱镜元件的广角性，有必要进一步研究上述三个特性，以下对它们进行说明。
观察角特性返回反射板所反射的光束必须有一定程度的扩展并且能到达处于入射光轴之外位置处的观察者。为此，必须设计成反射光有小角度(扩散角)以便扩展。这是通过以下方式实现的使由棱镜元件相邻面构成的理论上的棱镜顶角即90°略有改变、使棱镜元件的反射面略有变曲或利用微小的棱镜元件具有的折射效应。
若按大型卡车等运输设备的前车灯与驾驶员的相对位置来说，观察角通常最大为3°左右，所以，应该按略超出该观察角的角度来控制上述扩散角。
入射角特性一般地说，随着入射角增大，返回反射板的返回反射效率会下降。这是因为，为了满足立方隅角返回反射原理的三面反射原理，入射角应接近于0°，也就是说，光线应按接近于垂直的角度入射到返回反射板的表面上，若入射角变大，则光线不会到达应在其后进行反射的第二或第三棱镜面，光线跑到棱镜之后，从而返回反射效率会下降。这种缺陷在使用三角棱镜的场合下特别显著，通过使用六角棱镜而有一定程度的缓和。而且，如果入射角变大，则会随之不满足内部全反射条件，光线会透过棱镜的后面。
一般采用这样的方法来作为改善上述缺欠的方法即使以往相对返回反射板的表面沿垂直方向定向的棱镜元件的光学轴沿各种方向略微倾斜，从而增加朝倾斜方向的返回反射效率。
例如，在三角棱镜法中，提出了使得V形槽相互交叉60°的交叉角有若干变化(参照美国专利第4588258号说明书以及美国专利第4775219号说明书)，但是，按这种方法倾斜的光学轴仅会以按180°方向相对的一对棱镜组的形式得到，所以，可在光学轴倾斜方向上改善广角性，但在此外的方向上无法作改善，而且，不能改善旋转角特性。
另外，为了改善在前述特定入射角以上的情况下不能满足内部全反射条件的缺欠，提出了用金属膜等覆盖棱镜反射面从而作镜面反射的方法(参照美国专利第3712706号说明书以及美国专利第2380447号说明书)，但是，在这种方法中存在有反射板外观会变暗、金属膜易受水分等侵袭的缺点。
旋转角特性特别是在三角棱镜的场合中会显著地出现旋转角特性。作为改进这一特性的方法，已知有将棱镜集合的表面划分成一定的区域并使该集合表面的方向发生变化的方法(参照美国专利第4243618号说明书)。在这种方法中，区域单元内朝棱镜入射的旋转角是不同的，因此，反射亮度会改变，所以，若从远距离看，会平均化，故旋转角特性会均匀化，但是，从返回反射板的表面可相当清楚地见到棱镜集合表面的区域，从而存在着该反射板外观性差的问题。
使用六角棱镜时，部件的形状接近于圆形，所以不易出现上述三面反射未能实现的现象，故旋转角特性的下降现象较少。实现三面反射的大致区域近似于棱镜元件的内切圆，在三角棱镜的情况下约为棱镜元件投影面积的60％，在六角棱镜的情况下约为90％。
此外，就能用于本发明应用领域的可用来制造较薄且柔软的返回反射板的棱镜模具而言，希望棱镜元件的大小是例如在500μm以下的微小尺寸，但是，用前述销钉集束法和电镀法难以制造这样的反射板，而且，即使能用三角棱镜法形成微小的棱镜，也难以设计实现本发明其它目的的优良的广角性棱镜。
在Stimson的上述美国专利第1591572号说明书中，记述了使用前端形成有棱镜形状的玻璃棒或薄板的棱镜模具形成法，但是，在该说明书所记述的方法中，平板的强度小，不适于形成实现本发明目的的有薄板形状的返回反射板中需要的微棱镜。
在Arni等人的上述美国专利第3069721号说明书中，记述了这样的内容通过用金刚石切削器切削金属平板，可在光学平面内得到的金属切削面，并且，用通过这种方法得到的棱镜形成金属平板可以形成棱镜板。但是，在该说明书中，对于通过将两种以上不同类型的屋顶形突起组合起来而改善微棱镜的特性没有任何记述，也没有建议。
本发明的目的是通过着眼于上述电镀法并保持其优点同时克服其缺点而提供微棱镜母型，该母型适于制造立方隅角式返回反射体特别是适于制造有薄板形状的返回反射体并且能够制造兼有高亮度性和优良广角性的微棱镜。
发明的公开依照本发明，提供了一种微棱镜母型，它是多个平板重合而成的，所说的平板是具有相互平行的两个平面的平板，该平板的一侧上沿相对所述平面成直角的方向按相等的重复间隔连续地形成有底角约90°的V形槽及顶角约90°的屋顶形突起，所说的平板重合成相邻的一个平板的屋顶形突起的顶部与另一个平板的V形槽的底部相一致，所述微棱镜母型的特征在于，该微棱镜母型是以包含有两种以上不同类型的屋顶形突起的方式构成的，并且，各平板的厚度是屋顶形突起的短斜边长度的0.6～2.0倍。
以下参照适当的附图更详细地说明本发明。
对附图的简单说明
图1(I)是在构成本发明微棱镜母型基础的电镀法中用的平板在平面方向上的剖面图，图1(II)是平板在厚度方向上的侧面图；图2是将多个图1所示的平板组合起来的平板组的斜视图；图3是用于先有技术的电镀法的平板组的斜视图；图4是由图3所示的平板组所形成的立方隅角式微棱镜母型的斜视图；
图5是同一平板上形成有顶角不同的三种对称屋顶形突起的平板组的斜视图；图6是本发明由图5所示平板组形成的一个实施例的立方隅角式微棱镜母型的斜视图；图7是形成有顶角为90°光学轴朝同一方向倾斜的左右非对称的相同屋顶形突起的平板组的斜视图；图8是形成有顶角为90°光学轴朝不同于图7的方向倾斜的左右非对称的相同屋顶形突起的平板组的斜视图；图9是图7和图8所示的两种平板组组合而成的本发明另一实施例的立方隅角式微棱镜母型的斜视图；图10是形成有左右非对称屋顶形突起的平板组的斜视图，所述突起的光学轴朝同一方向倾斜，并且，所述突起有三种不同的顶角；图11是形成有左右非对称的相同屋顶形突起的平板组的斜视图，所述突起的光学轴朝不同于图10的方向倾斜，并且，所述突起有三种不同的顶角；图12是图4，图10及图11所示三种平板组组合而成的本发明再一实施例的立方隅角式微棱镜母型；图13是由厚度与屋顶形突起的短斜边相同的平板组形成的立方隅角式微棱镜母型在平板厚度方向上的侧面图；图14是由厚度为屋顶形突起的短斜边0.7倍的平板组形成的立方隅角式微棱镜母型在平板厚度方向上的侧面图；图15是用厚度为屋顶形突起的短斜边0.7倍的平板以与图10相同的方式形成的立方隅角式微棱镜母型的斜视图；图16是由厚度为屋顶形突起的短斜边1.5倍的平板组形成的立方隅角式微棱镜在平板厚度方向上的侧面图；图17是用厚度为屋顶形突起的短斜边长度1.5倍的平板以与图10相同的方式形成的立方隅角式微棱镜母型的斜视图；图18是微棱镜母型的斜视图，该母型是通过将三种相互厚度不同的微棱镜集合体组合起来而形成，每种微棱镜集合体则是相同厚度的平板组形成的。
发明的详细说明在图1(I)中，标号(1)是V形槽(6)的倾斜角，标号(4)是V形槽(6)的底角，标号(5)是屋顶形突起(7)的顶角。标号(8)是棱镜光学轴朝该剖面图的投影，棱镜光学轴的倾斜角朝该剖面图的投影与V形槽的倾斜角(1)相一致。在按单侧切削角(2)和(3)单侧切削出V形槽时，V形槽的倾斜角(1)可用单侧切削角(2)与(3)之差的1/2来表示，V形槽的底角(4)可用单侧切削角(2)及(3)之和来表示。V形槽及屋顶形突起(7)按相等的重复间隔连续地形成。而且，在图1(II)中，用标号(W)表示平板的厚度，用标号(D)表示V形槽的深度。
图2中，屋顶形突起(7)是由平板组(9)中按直角切削出来的V形槽(6)形成的。标号(10)是作为V形槽切削面的棱镜反射面。标号(11)是屋顶形突起的顶部，标号(12)表示V形槽的底部。
图3是用于先有技术的前述电镀法的平板组的斜视图，它示出了这样的平板组，该平板组是将具有相互平行的两个平面的平板重叠起来并通过V形槽切削法沿相对所述平面成直角的方向按相等的重复间隔连续地形成有底角为90°的V形槽及顶角为90°的屋顶形突起的平板组。图4示出了可通过将形成在图3的平板组的各平板上的屋顶形突起的顶部移动成与相邻平板上的V形槽的底部相一致而制成立方隅角式微棱镜。
本发明的原理在于，通过将形成在构成微棱镜母型的平板上的两种以上不同形状的屋顶形突起(屋顶形突起的形状可因平板而异，或者，一个平板有两种以上的不同形状的屋顶形突起)组合起来并且适当地改变这种组合以及/或者通过将厚度不同的平板组合起来用作构成微棱镜母型的多个平板，可以设计出能够形成适合要求特性的棱镜元件的微棱镜母型。
以下说明棱镜元件所要求的特性以及为形成具有这些特性的棱镜元件而使用的微棱镜母型的设计。
高亮度性使用棱镜元件的立方隅角式返回反射板的正面返回反射亮度具有比微玻璃球式返回反射板高2～3倍的特征。其理由据称是因为在棱镜元件的情况下可以形成精度较高的光学部件。因此，即使在本发明中，也需要使形成棱镜元件的三个反射面相互所构成的棱镜顶角约为90°。
另外，上述反射面要有平滑性，以便使得棱镜反射面(10)中的光线的散射变得最小。为此推荐在形成平板的屋顶形突起时，用前端设置有天然金钢石的切削工具按着快速切削法等加工方法来切削加工出V形槽。切削精度最好能使得用通过上述加工法所得到的棱镜母型而形成的树脂制微棱镜的平均表面粗糙度Ra在0.05μm以下特别是在0.01μm以下。
而且，作为所使用的被切削材料即用于被切削的平板组(9)的材料，最好使用组织均匀的合成树脂材料、组成单一且结晶粒度边界细密的金属材料以及进行热处理等形成的结晶组织细密且均匀的合金材料等。若使用上述材料，结晶粒度边界处的切断面不会出现凸凹，从而能很容易地得到平滑的棱镜反射面。
但是，作为本发明中适用于用来制作平板的合成树脂材料，基于不易产生切削加工时会软化从而难以进行高精度的切削等缺陷的理由，最好是玻璃化转换点在150℃以上特别是在200℃以上且洛式硬度(JISZ2245)在70以上特别是在75以上的合成树脂材料，具体地说可列举出例如聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂，聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂，聚碳酸酯树脂，聚甲基丙烯酸甲脂树脂，聚酰亚胺树脂，多芳基树脂，聚醚砜类树脂、聚醚酰亚胺树脂以及三乙酸纤维素树脂。
上述合成树脂构成的平板可由通常的树脂成形法例如挤压成形法、压延成形法、溶液浇注法等来形成，必要的话再进行加热处理、延伸处理等处理。为了能便于在制作由通过本发明方法制造的棱镜母型构成的电铸模时的导电处理和/或电铸加工，可对如前述那样形成的平板的平面进行预导电处理。作为预导电处理，可以列举出蒸发金、银、铜、铝、锌、铬、镍、硒等金属的真空蒸发法，使用这些金属的阴极溅镀法，使用铜或镍的无电解电镀法等。而且，可以在合成树脂中配入碳黑等导电性微粉末或有机金属盐等，使平板自身有导电性。
而且，作为本发明中适于用来制做平板的金属材料，维氏硬度(JISZ2244)最好在350以上，特别是在380以上，具体地说，例如可列举出不定形铜、电析镍等，作为合金材料，例如可列举出铜-锌合金、铜-锡-锌合金、镍-钴合金、镍-锌合金等。
观察角特性(顶角变化)使返回反射光束有小扩散角并扩散的一种方法是使棱镜元件的表面相互构成的90°理论棱镜顶角略有变化。由此可以实现改善如前所述观察角特性的目的。
棱镜顶角即屋顶形突起的顶角(5)的变化可通过使切削出的V形槽的底角(4)相对90°略有改变而实现。变化量可略小于也可略大于90°，而且，不必改变所有的V形槽的底角，可以按一定的重复图案改变所说的底角。利用上述方法，通过改变不是屋顶形突起的全部顶角而只是有限的一部分顶角，可以防止返回反射光过度扩散，所以，能获得更优的观察角特性。
屋顶形突起的顶角(5)的变化量最好在89.83°～90.17°的范围内。若顶角在上述范围内，则不会出现因反射光过度扩散而导致的到达观察者的光的强度下降等缺陷。
本发明中，通过使同一平板中按一定的重复周期含有两种以上顶角(5)有所不同的屋顶形突起，可以获得广泛的观察角特性。原因是，通过使屋顶形突起的顶角相对90°略有变化，可以使光线沿略微离开光线入射轴的角度方向作返回反射，所以，可以按对应于各屋顶形突起的顶角变化的角度分配返回反射光。
图5是同一平板上形成有三种顶角不同的对称屋顶形突起的平板组的斜视图，图6是由图5中所示平板组形成的本发明一个实施例的立方隅角式微棱镜母型的斜视图。
图5中示出了屋顶形突起的顶角θ1、θ2和θ3是这样的角度，它们对应于构成与相应突起相邻的V形槽的切削角，这些顶角是90°或具有相对90°略有变化的不同角度并且按重复的周期形成。
图6中示出了通过使形成在各平板上的屋顶形突起群的突起的顶部移动成与形成在相邻平板上的V形槽的底部相一致而获得的微棱镜母型群。
为了避免返回反射光过度扩散，最好使V形槽的底角的角度变化在±10′之内(即底角在89.83°～90.17°的范围内)切削出V形槽。依照本发明使屋顶形突起的顶角角度发生变化的方法，由于按不同的V形槽底角在同一平板中切削出了V形槽，所以，能形成不同高度的屋顶形突起。因此，即使采用了含有上述高度不同的屋顶形突起的平板组并使形成在平板上的屋顶形突起群的突起的顶部移动成与形成在相邻平板上的屋顶形突起群的V形槽的底部相一致，也会出现不一致的突起。但是，在有±10′的角度变化时，若使用50μm的平板，上述高度误差约为0.3μm，即使使用500μm的平板，上述高度误差也仅为3μm，故此，在形成棱镜集合体时，不会出现实用上的缺陷。
入射角特性(1)-V形槽的倾斜角在改善广角性的方法中，通过使棱镜元件所具有的光学轴沿多种方向倾斜，可以对入射角特性加以改善。
本发明中，首先，在形成屋顶形突起群时，通过使V形槽的中心线(V形槽底角的二等分线-对应于图1中的线8)向右或向左适当地倾斜以进行切削，可形成有预定倾斜角(1)(相对于和返回反射板表面相垂直方向的偏移角)的V形槽，并形成左右非对称的屋顶形突起，由此，可以使棱镜元件的光学轴在与平板平面相平行的平面内左右倾斜。
图7是形成有顶角为90°光学轴沿同一方向倾斜的左右非对称的相同屋顶形突起的平板组的斜视图，图8是形成有顶角为90°光学轴沿不同于图7方向倾斜的左右非对称的相同屋顶形突起的平板组的斜视图，图9是将图7和图8所示的两种平板组组合起来而形成的本发明另一实施例的立方隅角式微棱镜母型的斜视图。
图7及图8所示的平板组是通过切削出分别具有相同倾斜角的左右非对称的V形槽而获得的。这种非对称的V形槽的切削最好是使前端约为90°的切削工具倾斜一定的倾斜角而进行切削加工的，或者使有一定锐角前端角度的切削工具倾斜预定的角度并进行单侧切削。这时，若两个单侧切削角的和约为90°，则可以使V形槽倾斜任意的角度。
V形槽的倾斜角，即光学轴的倾斜角，以与返回反射板的表面相垂直方向为中心朝左侧(逆时针方向)的倾斜表示为一、朝右侧(顺时针方向)的倾斜表示为+，则V形槽的倾斜角(5)包含非倾斜的情况(即倾斜角为0°)并且最好在-15°～+15°，特别是在-10°～+10°的范围内。若倾斜角的绝对值在15°以下(+15°以下或-15°以上)，则对从正面方向入射的光的返回反射性能不会下降。而且，在使V形槽倾斜的情况下，上述倾斜角的绝对值最好在5°以上。若倾斜角的绝对值在5°以上(即+5°以上或-5°以下)，则会出现使获得优秀入射角特性等的光学轴倾斜的效果。
为了在反射板的所有方向上都获得优秀的入射角特性，必须使V形槽的倾斜方向不是同一方向而是至少沿左右方向分开。具体地说，例如在图7或图8中那样，使得通过一种V形槽切削加工左右非对称地切削有V形槽的相同形状的屋顶形突起形成平板组中每隔一个平板均左右翻转，从而能使光学轴如图9所示那样左右分开。而且，在图7及图8中，通过组合使用两个以上的平板可以获得更均匀的入射角特性，所说的平板在相同的平板上形成有相同的屋顶形突起，并且，屋顶形突起的形状是不同的。
此外，除了先前说明的通过使屋顶形突起的顶角略有变化而改善观察角的方法以外，通过使屋顶形突起的顶角及V形槽的倾斜以不同方式同时发生变化而使得光学轴朝不同方向倾斜的方法可以同时改善观察角特性和入射角特性，所以，可以高为本发明所希望的实施例。
图10是形成有左右非对称的屋顶形突起的平板组的斜视图，所述突起的光学轴朝同一方向倾斜，并且，所述突起有三种不同的顶角，图11是形成有左右非对称的相同屋顶形突起的平板组的斜视图，所述突起的光学轴朝不同于图10的方向倾斜，并且，所述突起有三种不同的顶角，图12是将图5、图10及图11所示的三种平板组组合而成的本发明另一实施例的立方隅角式微棱镜母型的斜视图。因此，如图12所示，可以使屋顶形突起的顶角及光学轴的方向沿不同方向分开。
图10及图11示出了屋顶形突起的顶角θ4、θ5、θ6、θ7、θ8、θ9是分别按90°或相对90°略有变化的不同角度以重复的周期形成的。
入射角特性(2)-平板的厚度上述使光学轴倾斜的方法仅在光学轴沿平行于所使用的平板面的方向倾斜时有效，但是，通过使用所采用的平板厚度是屋顶形突起的短斜边长度的0.6～2.0倍的平板，可以使光学轴沿垂直于所用平板的侧面的方向倾斜。图13、图14及图16示出了使光学轴相对与其中所说明的平板表面相平行的方向倾斜的实施例。
图13是由厚度与屋顶形突起的短斜边长度相同的平板组形成的立方隅角式微棱镜母型在平板厚度方向上的侧面图，图14是由厚度为屋顶形突起的短斜边0.7倍的平板组形成的立方隅角式微棱镜母型在平板厚度方向上的侧面图，图16是由厚度为屋顶形突起的短斜边1.5倍的平板组形成的立方隅角式微棱镜在平板厚度方向上的侧面图。
本发明中，作为使光学轴朝垂直于平板的方向倾斜的方法，可以列举出用平板厚度为所形成的屋顶形突起的短斜边的0.6～2.0倍最好为0.7～1.5倍这样适当厚度的平板以同样方式形成的立方隅角式微棱镜集合体母型。但是，在对称的屋顶形突起中，其相等的斜边可看作是短斜边。
如果所用平板的厚度不足V形槽的斜边长的0.6倍或超出2倍，则光学轴的倾斜会过度，以小入射角角度入射的光即反射板正面方向上的返回反射效率会下降。平板厚度为上述斜边长的0.6倍时，光学轴的倾斜约为15°，为2.0倍时也约为15°。而且，由于棱镜的过度变形会使三个面的面积比增加，所以，按三面反射进行返回反射的光的比例会下降。另外，图13中的棱镜所具有的光学轴垂直于返回反射板与将棱镜顶点连接起来的线相平行的那个面。而且，图14及图16中棱镜的光学轴分别向图面右侧倾斜约10°并向图面左侧倾斜约10°。
因此，在使用相同厚度的平板时，朝向垂直于平板方向的光学轴仅向一个方向倾斜，所以，在本发明中，通过将两种以上的使用厚度各不相同的平板的组而形成的棱镜集合体平面组合起来，可以使光学轴以垂直于平板平面的方式朝两个以上相互不同的方向倾斜。
再有，在本发明中，通过将使光学轴朝平行于前述平板的方向倾斜的方法与使光学轴朝垂直于平板的方向倾斜的方法这两种倾斜方法组合起来，可以形成使光学轴沿所有方向倾斜的棱镜集合体。图18示出了将三种相互厚度不同的微棱镜集合体组合起来而形成的微棱镜母型，每种微棱镜集合体则是由相同厚度的平板组形成的。
旋转角特性本发明所采用的棱镜元件的形状是六角棱镜形，它不同于用于通常薄返回反射板的三角棱镜，所以，能很容易地显示出对从平板各个方向入射的光进行均匀返回反射的性能。原因是，在使用六角棱镜时，部件的形状比三角棱镜中的更接近于圆形，所以，不太可能出现未实现三面反射的情况，旋转角特性下降很小。可实现三面反射的概略区用棱镜元件的内切圆来表示，在三角棱镜的情况下约为棱镜元件投影面积的60％，在六角棱镜的情况下，约为该面积的90％，所以，本发明的棱镜除旋转角特性外还可改善反射亮度本身。而且，平板厚度为短斜边长度的0.6倍时，有效面积38％，为2.0倍时，有效面积约为65％，所以，平板厚度按超出上述厚度比范围的比率变化时，有效面积会显著地下降。
再有，在本发明中，与先有的六角棱镜不同，可以实现光学轴在上述与平板相平行和垂直的方向上的倾斜，所以，可进一步改善旋转角特性。
本发明的棱镜母型的大小没有特定的限制，但是，作为用该棱镜母型形成的返回反射体的一般用途，可以列举出例如道路标识、建筑标识等标识类、汽车、摩擦车等车辆车牌类、衣料、救生用具等安全物品类、告示等标记物、可见光或激光反射式传感器类的反射板等比较柔软且薄的板状物，所以，例如可获得用50～500μm、最好60～200μm的平板所形成的大小。若平板厚度在50μm以上，则切削加工时平板的扭曲小，故形成的棱镜的光学精度变高，而且，棱镜的开口面积不会过于变小，所以，可防止反射光因折射效应而有过大的扩散。另一方面，若平板厚度在500μm以下，则容易形成本发明一个目的的薄且柔软的返回反射板。
本发明的微棱镜母型，其表面受电铸加工从而形成了金属镀膜。通过从母型表面上取下上述金属镀膜，可以制成用于形成作为立方隅角式返回反射体的微棱镜板等的金属制模。
在金属制的微棱镜母型的情况下，根据需要对其表面清洗后，可直接进行电铸加工，但是，在合成树脂制的母型的情况下，在进行电铸加工，必须事先进行使母型的棱镜表面有导电性的导电处理。作为这种导电处理，可以采用银镜处理、无电解电镀处理、真空蒸发处理、阴极溅镀处理等。
作为上述银镜处理，具体地说，可以列举出用碱性洗涤剂等清洗由前述方法形成的母型的表面从而除去油等污物之后用丹宁酸等表面活化剂进行活化处理再用硝酸银水溶液快速进行银镜化的方法。这种银镜化可以采用使用硝酸银水溶液和还原剂(葡萄糖或乙二醛)水溶液的双筒式喷枪的喷布法、浸渍在硝酸银水溶液与还原剂水溶液的混合液中的浸渍法等。而且，银镜镀膜的厚度最好薄得在能满足电铸时的导电性的范围内，例如，可例举出0.1μm以下的厚度。
在无电解电镀处理中，可使用铜或镍等。在无电解镍电镀液中，可以使用为镍的水可溶性金属盐的硫酸镍或氯化镍等，其中，作为电镀液可以使用填加有作为复合剂的以柠檬酸盐或苹果酸盐为主要成分的溶液以及作为还原剂的次磷酸钠，氢硼化钠，氨基硼烷等溶液。
真空蒸发处理可通过下述方式进行即在与银镜处理同样地洗净母型表面之后放入真空装置，使金、银、铜、铝、锌、镍、铬、硒等金属加热气化而析出到冷却的母型表面上从而形成导电镀膜。而阴极溅镀处理则是通过下述方式进行的即将按与真空蒸发处理相同方式处理过的母型放入内部设有平滑地安装有预定金属箔的阴极板以及载有被处理材料的铝或铁等金属制阳极台的真空装置内从而放置到阳极台上，将与真空蒸发的场合所使用的相同的金属箔安装到阴极上并且加电以进行辉光放电，由此，所产生的阳离子流会冲击阴极的金属箔，从而使金属原子或微粒蒸发，因此而析出到母型的表面上，从而形成导电镀膜。上述方法中，作为所形成的导电镀膜的厚度例如可列举出300的厚度。
为了在电铸加工时在合成树脂制棱镜母型上获得平滑且均匀的电铸层，必须对该母型的整个表面进行均匀的前述导电处理。在导电处理不均匀的情况下，就可能出现导电性差的部分的电铸层表面的平滑性会下降或者有未形成电铸层的欠损部分等问题。
为了避免上述问题，例如可以采用在银镜处理之前用乙醇等溶液处理一下处理面从而改善银镜液的可湿性，但是，在本发明中，所形成的合成树脂制棱镜母型有非常深的成锐角的凹部，所以，可湿性的改善不充分。基于这种凹形形状的导电镀膜的缺陷即使在蒸发处理等中也很容易产生。
而且，在用于形成母型的重叠的合成树脂平板的厚度不均匀的情况下，这些平板的密合性不充分，从而会出现形成在母型表面上的导电镀膜会在平板间的交界面处断开等缺陷。这些缺陷均会阻碍形成均匀的电铸层。
为了避免上述缺陷，应在母型形成用的合成树脂平板的两侧平面上进行如前所述的预导电处理。这种予导电处理可改善银镜液的可湿性，特别是对为使平板间导电性良好而改善基于平板密合不良的缺陷特别有效。
为了进一步均匀地进行电铸加工，要对形成有导电镀膜的母型进行各种前处理。
为了使得经电铸加工获得的电铸层的表面均匀化，每每要进行活化处理。作为这种活化处理，例如可以采用在按重量计10％的氨基磺酸水溶液中浸渍的方法。
在对进行了银镜处理的母型进行电铸加工的场合下，银层与电铸层成一体，从而能很容易地从合成树脂制的母型剥离下来，但是，在用无电解电镀或阴极喷溅处理来形成镍等的导电镀膜的场合下，合成树脂表面和导电镀膜之间密合良好，所以难以剥离开电铸加工后的电铸层与合成树脂层。这时，最好在电铸加工前在导电镀膜上进行铬酸盐光泽处理等所谓的剥离处理。这时，导电镀膜会在剥离后残留在合成树脂层上。
表面上形成有导电镀膜层的合成树脂制棱镜母型在进行了上述各种前处理之后通过电铸加工在导电镀膜层上形成电铸层。而对金属制母型来说，则如前述那样根据需要洗净其表面后，在该金属上直接形成电铸层。
电铸加工一般在例如氨基磺酸镍按重量计60％的水溶液、40℃、电流条件为10A/dm2左右的条件下进行。至于电铸层的形成速度，例如，在48小时/mm以下的程度可获得均匀的电铸层，在上述速度以上的速度下，容易导致表面平滑性差或电铸层中会出现缺损部分等缺欠。
而且，在电铸加工中，作为改善模具表面磨耗性的目的，可进行增加钴等成分的镍钴合金电镀。通过增加按重量计10-15％的钴，所得到的电铸层的维氏硬度HV可达到300-400，所以，在用所得到的电铸模对合成树脂成形从而制造作为产品的返回反射体的微棱镜板时，可以改善该模的耐久性。
按上述方式由合成树脂母型制成的第一代电铸模可以反射地用作用来制成第二代电铸模的电铸压模。因此，用一个合成树脂母型可制成多个电铸模。
制成的多个电铸模在被精确地切断之后用来组合接合成最终的模具的大小，该最终的模具可用于用合成树脂成形出微棱镜板。作为所说的接合方法，可以采用使切断的端面简单对接的方法或用例如电子束熔接、YAG激光熔接、二氧化碳激光熔接等方法将组合后的接合部分熔接起来的方法。
组合后的电铸模可作为合成树脂成形用模而用于合成树脂的成形。作为上述合成树脂成形的方法可采用挤压成形或注射成形。
挤压成形是这样进行的，例如，将形成后的薄壁状镍电铸模、既定厚度的合成树脂板以及作为缓冲材料的5mm左右的硅橡胶板插进加热到预定温度的压缩成形压力机内之后，在成形压力的10-20％的压力下预热30秒，然后在180℃～250℃、10-30kg/cm2左右的条件下加热加压约两分钟。此后，通过在原加压状态下冷却至室温并解除压力，可以获得棱镜的成形品。
另外，可通过下述方式获得连续的板状制品例如，用上述熔接法将按前述方法形成的厚约0.5mm的薄壁电铸模接合起来从而制成循环带模，此带状模设置在由加热辊和冷却辊构成的一对辊上并可旋转，将熔融的合成树脂以板状的形状供给位于加热辊上的带状模，用一个以上的硅制辊进行加压成形，之后，在冷却辊上冷却到玻璃化转换点温度以下并从带状模上剥离下来。
实施例以下用实施例更具体地说明本发明。
实施例1(对应于图5和图6的实施方式)将1000个75mm×200mm×100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET；软化点为220℃，洛式硬度为70)板制的平板重叠起来从而形成75mm×200mm×100mm的PET制块体。用固定卡具有上述块体的两面牢固地固定成切削时PET制平板不会移动，之后，用快速切削法沿垂直于平板表面的方向平面切削上述固定好的块体端面。
然后，用快速切削法并使金刚石切削工具的V形槽的底角顺序地略有变化，以便沿与平板的平面成直角的方向按重复的间隔141.4μm顺次重复地加工出深70.6μm，70.7μm和70.9μm三种类型左右对称的V形槽，从而在平面的端面上形成连续的屋顶形突起群，这些突起群按重复的图案具有89.9°，90.0°及90.1°三种顶角。平板厚度与屋顶形突起的斜边之比为1.000(屋顶形突起群a的形成图5)。
使这样形成的按重复图案形成有屋顶形突起群的平板的集束中的各个平板先沿板的平面方向移动V形槽的重复间隔的一半，再沿槽的深度方向移动槽的深度，由此，形成在各平板上的屋顶形突起群的突起的一端会与相邻的屋顶形突起群的槽的底部相一致，从而形成有三种顶角的微棱镜母型(棱镜母型A图6)。
实施例2(对应于图7、图8及图9的实施例)用将金真空蒸发处理到厚100μm的PET板的两个平面上然后切成宽75mm、长200而得到的平板来代替实施例1中75mm×200mm×100μm的PET板制的平板，除了用不使V形槽的底角发生变化但使V形槽的切削角度朝图面左侧倾斜8°从而切削出左右非对称的V形槽来代替使金刚石切削工具的V形槽的底角顺序地略微发生变化从而切削出左右对称的V形槽以外，以与实施例1相同的方式形成朝图面左侧倾斜8°(V形槽倾斜角为-8°)的屋顶形突起群。平板厚度与屋顶形突起的短斜边之比为0.928(屋顶形突起群的形成图7)。
然后，使V形槽切削角度朝图面右侧倾斜8°并进行同上的切削，从而形成朝图面右侧倾斜8°(V形槽倾斜角为+8°)的屋顶形突起群。平板厚度与屋顶形突起的短斜边之比为0.928。而且，所述突起群是通过使前述屋顶形突起群b左右颠倒而获得的(屋顶形突起群C的形成图8)。
使按上述方式制成的屋顶形突起群b和c以组合顺序为b-c的方式交替组合，从而形成两种屋顶形突起群重组的平板的集束。这样获得的重组平板集束，通过使各板先沿板的平面方向移动V形槽的重复间隔的一半、再沿V形槽的深度方向移动槽的深度，可以使形成在各平板上的屋顶形突起群的突起的顶部与形成在相邻的屋顶形突起群的V形槽的底部相一致，从而形成光学轴朝两个方向分开的的微棱镜母型B(棱镜母型B图9)。
实施例3(对应于图5、图10、图11及图12的实施例)用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，软化点为180℃，洛氏硬度为98)板制的平板代替使用实施例1中的PET板制平板，除了用使V形槽底角顺序地略微变化同时使V形槽的切削角度朝图面左侧倾斜8°从而切削出左右非对称的V形槽来代替使金刚石切削工具的V形槽底角顺序地略有变化从而切削出左右对称的V形槽以外，以与实施例1同样的方式形成连续的屋顶形突起群，它们朝图左侧倾斜8°(V形槽倾斜角为-8°)且以重复的图案具有89.9°、90.0°和90.1°的三种顶角。平板厚度与屋顶形突起的短斜边之比为1(屋顶形突起群d的形成图10)。
然后，用除在上述制做方法中使V形槽切削角度朝图面右侧倾斜8°切削以外均相同的方法形成朝图面右侧倾斜8°(V形槽倾斜角为+8°)且以重复的图案具有89.9°、90.0°及90.1°的三种顶角的连续屋顶形突起群。平板厚度与屋顶形突起的短斜边之比为1。而且，上述突起群是通过使前述屋顶形突起群B左右颠倒而获得的(屋顶形突起群e的形成图11)。
而且，除了用75mm×200mm×100μm的PMMA板制的平板来代替用实施例中的75mm×200mm×100μm的PET板制的平板以外，以同样的方式形成屋顶形突起群(相当于图5)。
使按上述方式制成的屋顶形突起群a、d和e以组合顺序为a-d-a-e的方式顺次组合，从而形成三种屋顶形突起群重组的平板的集束。这样获得的重组平板集束，通过使各板先沿板的平面方向移动V形槽重复间隔的一半，再沿V形槽的深度方向移动V形槽的深度，可以使形成在各平板上的屋顶形突起群的突起的顶部与形成在相邻的屋顶形突起群的V形槽的底部相一致，从而形成有三种顶角且光学轴朝三个方向分开的微棱镜母型C(棱镜母型C图12)。
实施例4(对应于图9、图15、图17及图18的实施例)除了实施例2中的使用100μm的PET板由使用75μm的PET板代替并且使用对该板的两平面作金的真空蒸发处理然后切成宽75mm、长200mm而获得的平板以外，以同样的方式形成微棱镜母型D(平板厚度与屋顶形突起的短斜边之比为0.7)，而且，除用125μm的PET板并且对该板的两平面作金的真空蒸发处理然后切成宽75mm、长200mm而获得的平板以外，以同样的方式形成微棱镜母型E(平板厚度与屋顶形突起的短斜边之比为1.5)(棱镜母型D图15、棱镜母型E图17)。
用碱性洗涤剂洗净所得到的微棱镜母型D的表面，用丹宁酸作为表面活化剂进行活化处理，然后，用硝酸银水溶液和还原剂水溶液的双筒式喷枪按喷涂法进行银镜处理，从而在该母型的表面上形成导电镀膜。将形成有上述导电镀膜的母型浸渍到按重量计为10％氨基磺酸水溶液中以对导电镀膜进行表面活化处理，再在按重量计的氨基磺酸镍水溶液中于40℃、8A/dm2的条件下进行48小时的电铸处理。
从母型上剥下经电铸处理而得到的电铸层，从而得到表面上设置有立方隅角元件的厚度为0.8mm的形状颠倒了的镍制电铸层D′。同样，用铸镜母型E及在实施例2中所获得的棱镜母型B，可以得到镍制电铸层E′及B′。
这样，通过用金刚石切削工具的快速切削法沿棱镜的列将镍制电铸层切成长180mm、宽5mm的带状，之后，使这种表面上具有三种颠倒微棱镜母型的镍板以排列顺序为B′-D′-B′-E′的重复次序无间隙地并置，从而形成180mm×200mm的互状棱镜集合面。
再有，以与上述同样的方式对所述棱镜集合面进行镍电铸，从而形成棱镜F(棱镜母型F图18)。
产业上利用的可能性本发明中，通过改变有上述多种角度的屋顶形突起的顶角，可以按受控的扩散度使返回反射的光束有均匀的分布，从而能形成观察角特性优秀的棱镜母型。
而且，在本发明中，通过改变上述V形槽的倾斜及平板的厚度这样的方法，可以使棱镜所具有的光学轴沿与加工时所用平板的平面相平行的方向及相垂直的方向按多种角度倾斜，由此，可防止返回反射亮度随入射角增加而显著下降，从而能够形成入射角优秀的棱镜。
再有，就本发明的棱镜母型而言，可通过使用六角棱镜来改善观察角特性及入射角特性，所以，可以形成这样的棱镜，它同时兼备了六个棱镜所固有的优秀旋转角特性及高亮度性。
权利要求
1.一种微棱镜母型，它是多个平板重合而成的，所说的平板是具有相互平行的两个平面的平板，该平板的一侧上沿相对所述平面成直角的方向按相等的重复间隔连续地形成有底角约90°的V形槽及顶角约90°的屋顶形突起，所说的平板重合成相邻的一个平板的屋顶形突起的顶部与另一个平板的V形槽的底部相一致，所述微棱镜母型的特征在于，该微棱镜母型是以包含有两种以上不同类型的屋顶形突起的方式构成的，并且，各平板的厚度是屋顶形突起的短斜边长度的0.6～2.0倍。
2.如权利要求1的微棱镜母型，其特征在于，两种以上不同类型的屋顶形突起是有两种以上不同顶角的屋顶形突起。
3.如权利要求1的微棱镜母型，其特征在于，顶角在89.83°～90.17°的范围内。
4.如权利要求1的微棱镜母型，其特征在于，屋顶形突起的形状是对称形的。
5.如权利要求1的微棱镜母型，其特征在于，屋顶形突起的形状是非对称形的。
6.如权利要求1的微棱镜母型，其特征在于，V形槽的倾斜角为-15°～+15°。
7.如权利要求1的微棱镜母型，其特征在于，两种以上的不同屋顶形突起形成在同一平板上。
8.如权利要求1的微棱镜母型，其特征在于，两种以上的不同屋顶形突起形成在不同的平板上。
9.如权利要求1的微棱镜母型，其特征在于，它是由两种以上的用同厚度的平板组形成的微棱镜母型组合而成的。
10.如权利要求9的微棱镜母型，其特征在于，组合出的微棱镜母型是由厚度相互不同的平板组构成的。
11.如权利要求1的微棱镜母型，其特征在于，平板是由合成树脂材料，金属材料或合全材料构成的平板
12.如权利要求11的微棱镜，其特征在于，合成树脂材料是由玻璃化转换点在150℃以上的合成树脂构成的材料。
13.如权利要求11的微棱镜母型，其特征在于，合成树脂材料是从聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚酰亚胺树脂、多芳基树脂、聚醚砜类树脂、聚醚酰亚胺树脂以及三乙酸纤维素树脂构成的集合中选出的。
14.如权利要求1的微棱镜母型，其特征在于，金属是非晶体铜或电解镍。
15.一种微棱镜模具的制造方法，其特征在于，根据需要对按权利要求1的微棱镜母型进行导电处理之后，再进行电铸用表面处理及电铸加工，此后，从前述母型上剥离所形成的电铸模。
全文摘要
本发明涉及微棱镜母型,它适于制造立方隅角式返回反射体,特别是制造薄且柔软的板状返回反射板,并且能制造兼有高亮度和优秀广角性的微棱镜,所述微棱镜母型是多个平板重合而成的,所说的平板是具有相互平行的两个平面的平板,该平板的一侧上沿相对所述平面成直角的方向按相等的重复间隔连续地形成有底角约90°的V形槽及顶角约90°的屋顶形突起,所说的平板重合成相邻的一个平板的屋顶形突起的顶部与另一个平板的V形槽的底部相一致,所述微棱镜母型的特征在于,该微棱镜母型是以包含有两种以上不同类型的屋顶形突起的方式构成的,并且,各平板的厚度是屋顶形突起的短斜边长度的0.6～2.0倍。
文档编号B29D11/00GK1192175SQ96195971
公开日1998年9月2日 申请日期1996年7月26日 优先权日1995年7月28日
发明者三村育夫, 安达惠二 申请人:日本碳化物工业株式会社